El rendimiento de un motor de gasolina aumenta al añadir etanol

Uno de los retos de la automoción actual es optimizar los motores de combustión interna para conseguir que los vehículos, tanto los que usan diésel como los de gasolina, aumenten su rendimiento a la vez que minimizan las emisiones contaminantes. Para ello, los científicos estudian distintas técnicas de combustión, pero hacerlo con experimentos reales resulta muy costoso y no siempre permite obtener información detallada.

Una alternativa es realizar los experimentos mediante simulaciones por ordenador. En este ámbito trabaja el Grupo de Investigación en Termodinámica y Física Estadística de la Universidad de Salamanca, que ahora ha publicado en la revista Meccanicae un estudio donde se indica que un automóvil de gasolina funciona mejor con una mezcla de hasta un 20% de etanol sin tener que modificar el diseño del motor. Por encima de este porcentaje ya sería necesario realizar cambios en el motor para que pudiera adaptarse al biocombustible.

“Los experimentos en los laboratorios son caros y es difícil obtener ciertos datos. Sin embargo, con las simulaciones, a partir de leyes físicas y químicas básicas, resolvemos ecuaciones diferenciales complicadas y podemos medir todas las variables de una forma más rápida y económica”, explica Alejandro Medina, investigador del Departamento de Física Aplicada. Los resultados se validan comparándolos con los que se obtienen en los motores experimentales y, a partir de ahí, “es como tener el motor en tu ordenador”.

Las conclusiones de este estudio ya se habían demostrado experimentalmente, pero de esta forma quedan ratificadas con nuevos detalles técnicos. Con esa quinta parte de etanol en la mezcla, “aumenta la potencia del motor, disminuyen las emisiones de monóxido de carbono y disminuye el consumo”. Además, la mezcla tiene un octanaje mayor.

Entre las ventajas de mezclar gasolina y etanol, que revela el trabajo de la Universidad de Salamanca, destaca la reducción de un fenómeno que los especialistas conocen como variabilidad ciclo a ciclo. “El motor consta de cilindro con un pistón que sube y baja gracias a que el combustible, al quemarse, lo empuja; esto está conectado por medio de una biela a un cigüeñal que gira y, a su vez, hace girar las ruedas del vehículo”, señala Medina.

“Este sistema funciona a muchas revoluciones por minuto, pero no todos los ciclos son iguales, en algunos se libera mucha energía y se aprovecha de forma eficiente y en otros no, así que se está haciendo mucha investigación experimental y por simulación para mejorar este aspecto”, agrega. Una manera de disminuir esta variabilidad es añadir aditivos a la gasolina para hacer que se queme más rápido y, precisamente, este artículo científico demuestra que el etanol logra una combustión más rápida y ayuda a solventar este problema.

En países como Estados Unidos y Brasil ya es habitual la venta de gasolina mezclada con etanol, un biocombustible menos contaminante porque genera menos monóxido de carbono, y que además es renovable porque procede de la destilación de cereales ricos en azúcar. Por eso, la investigación en torno a las propiedades del etanol cobra una especial importancia de cara a problemas como la lucha contra el cambio climático.

Un nuevo tipo de simulaciones

El grupo ha desarrollado un tipo de simulaciones por ordenador que son especialmente indicadas para realizar estos estudios sobre motores. Por una parte, están los modelos denominados cero-dimensionales, que ofrecen simulaciones básicas, que son fáciles de implementar pero que ofrecen información básica.

Por otra parte, los modelos multidimensionales son muy sofisticadas, pero ofrecen un volumen de datos tan grande que es difícil extraer información concreta y útil, y no pueden operar en ordenadores convencionales. Por eso, “nosotros hemos desarrollado simulaciones cuasi-dimensionales, que son lo suficientemente detalladas pero pueden operar en un ordenador cualquiera”, señala Medina, cubriendo así un hueco interesante para los científicos.

Otro de los aspectos en los que trabaja el grupo es el estudio de un nuevo tipo de motores, denominados HCCI, que son una mezcla de los motores diésel y los de gasolina. “Están en fase de investigación y desarrollo y en unos años podrán ser comerciales”, apunta el experto, “supondrán una vuelta de tuerca más en cuanto a consumo y emisiones”. Para avanzar en este campo, el grupo de Salamanca colabora con un laboratorio de la Universidad Tecnológica de Lublin (Polonia) que obtiene datos experimentales de motores en fase de desarrollo.

El artículo es el resultado de la colaboración del equipo salmantino –en el que participa también el investigador Antonio Calvo Hernández– con Pedro Curto, científico de la Universidad de la República (Uruguay) y Asok K. Sen, de la Universidad de Indiana (Estados Unidos).